литература / Vekshin_N_P_TMz_1001

3.Измельчитель пластмасс роторный ИПР – 350 М.

Технологические расчеты

мощность нагревателей необходимая для нагрева полимера до определённой температуры:

Рн = Рпер + Рпот + Рохл - Рм,

где Рпер - энергия, необходимая для переработки полимера Дж/с;

Рпот - потери теплоты в окружающую среду Дж/с;

Рохл - энергия, отводимая при охлаждении транспортирующей зоны червяка Дж/с ;

Рм - энергия, выделяемая в полимер за счёт работы,

совершаемой приводом Дж/с .

Определяем энергию необходимую для переработки полимера:

Рпер = Gм iп ,

где Δiп = 342 кДж/кг - изменение энтальпии полимера в процессе переработки, [22, рис. 9];

Gм = αмnоб,

где αм =3,89*10-3 кг/с - производительность машины за один оборот шнека.

Рпер = αмnоб iп,

Рпер = 3,89 * 10-3 *3* 342000 =2128,6 Дж/с.

Определяем тепловой поток с поверхности теплообмена:

Рвоз = α нFпов(tпов- tвоз),

Определяем тепловой поток с поверхности теплообмена, [22, стр. 44]:

Рвоз =1,3πD0.74lц(tпов – tвоз)1,26 +πDпlцσоεпов(Т4пов – Т4воз),

где σо = 5,67 .10-8- постоянная Стефана-Больцмана [23, стр 403]; εпов = 1- тепловое излучение обсалютно черного тела [23, стр 185];

Рвоз = 1,3 *3,24*(9*10-2)0,74*0,47*(200-20)1,26+3,14*9*10-2*0,836*5,67*10-8* *1*(4734-2934) = 545 Дж/с.

В политропном режиме экструдирования на их охлаждения затрачивается определённое количество теплоты:

Рохл= Gжсрж(tж2 – tж1),

где Gж - расход охлаждающей жидкости;

срж - её удельная теплоёмкость;

tж1, tж2 - температура охлаждающей жидкости на входе и выходе.

Ркор =[λцSп.ц.(t3ц – tвоз)/(lц – lн)]+[λчSп.ч.(t3ч – tвоз)/(lц – lн)]+[λподSп.п.(tдц – tвоз)/hп],

где λц, λч, λпод – 46,5 Вт/мКо теплопроводность цилиндра, червяка и подставки, [23, таб. XXIII];

Sп.ц., Sп.ч, Sп.п - площадь поперечного сечения цилиндра, червяка

и

подставки;

lц - длина цилиндра;

lн - длина участка цилиндра на котором расположены нагреватели.

Ркор = [46,5*5,1*10-3*(2003-20)/(0,47-0,4)] +

+[46,5*9,62*10-4*(2003-20)/(0,47-0,4)] +

+[46,5*1,5*10-3*(200-20)/0,154] = 3169,74 Дж/с.

Рм.р. =({[(π2D2(bн-ktcн)(Cos2φ сtgφ+4SinφCosφ)(1-e-b(tвых –tвх))lpµвх)/(bh(tвых – tвх))]

+(π2D2cнlрµδвх(1-e-bcн(tвых –tвх)/bн)/(bδtg φ(tвых -tвх))} n2об)+ +[(bн – ktcн)h3sin 2φ pp2Fp2(e b(tвых –tвх)-1)/(24Fd2lpbµвх(tвых –tвх))],

где b=(ln µвх -ln µвых)/(tвых – tвх),

где µвх, µвых - вязкость расплава при температуре входа и выхода, [32, стр17],

tвых , tвх - температура на выходе и входе,

b = (ln 7*104 – ln 2*104)/(200-20) =6,96*10-3

Рм.р. =([(3,142*0,042(0.04-1*0,004)(Cos217 ctg 17+4Sin 17 Cos 17)* *(1-2,72-0.00696 (200-20))*0.04*7*104)/(6,96*10-3(200-20))]+(3.142*0.042*0.04* *0.4024*2*104(1-2,72-0,00696 0,04(200-20)/0,04)/(6,96*10-3*tg 17(200-20))}*1.672)+ +[(0.04-1*0.004)*5,2*10-3*Sin 2*17*(50*106)2*1.42(2,720,00696 (200-20)-1)/ /(24*1,42*0,4024*6,96*10-3*2*104*(200-20))] = 1566,98 Дж/с.

Определяем энергию, выделяющуюся при перемещении полимера в загрузочной зоне:

Рм.гр.=( 2амlзfрсрnоб)/(ρпhсрSin(ωk – φ)),

где ωk= Gм arctg((Cos2φ-0,5)/Sin 2φ)/Gм max ,

где Gм max - максимальный расход материала , [35, стр. 115 ],

ωk=3,89*10-3*arcctg((Cos217-0,5)/Sin2*17)/8,88*10-3=0,42

Определяем общие потери теплоты от рабочих органов червячной машины,

Рм.гр. = (2*2,92*10-3*0,1*1,9*1,8*106)/ /(785*2,6*10-3* Sin (0,42+17)) = 3239,02 Дж/с.

Определяем энергию нагревателей червячной машины,

Рн = Рпер + Рпот + Рохл – Рм.гр.

Рн. = 2128,6 + 3714,74 + 2374,3 – 3239,02 = 4,98 кДж/с.

Расчёт геометрических параметров и размеров шнека

Исходные данные

- литьевая машина с объёмом впрыска за цикл U = 125 cм 3, - наибольшая пластификационная способность q =38 кг/ч,

- номинальное давление литья Рл = 100 МПа,

- давление в гидросистеме Ргд = 5 МПа,

- мощность электронагревателей Рн = 5 кВ.

Определяем диаметра шнека для обеспечения, требуемого объёма впрыска:

Определяем диаметр шнека из условия обеспечения заданной пластификации:

D2 = (qпл / 0,7) 1/2,5 *10-2,

D2 = (14 / 0,7) 1/2,5 *10-2 = 3,3 *10-2 м.

Определение номинального диаметра поршня:

Dп = (PлD12 / Pгд)1/2,

Dп = (100 *106 * (3,88*10-2)2 / 5 *106)1/2 = 0,173 м.

По стандартному ряду диаметров принимаем Dn = 0,175 м.

По найденному значению Dn 1, определяем диаметр шнека :

D3 = (PгдDn12/ Pл)1/2,

D3 = (5 *106 *(0,175)2/ 100 *106)1/2 = 3,91 *10-2 м.

Определяем фактическое давление литья:

Рф = РгдDn12/ Dн2,

где Dн- наибольшее из трёх значений диаметров D1 , D2 , D 3 ,

Рф = 5 *106 *(0,175)2/ (3,91 * 10-2) = 100,2 МПа.

Определяем ход шнека при расчётном диаметре :

определяется

геометрическими параметрами шнека, диаметром, шагом, шириной витка, глубиной канала, длиной каждой зоны, числом витков.

Определяем объём межвиткового пространства каждой зоны:

Uш = Uз+Uп+Uд = Uз’zз+Uп’zп+Uд’zд,

где Uз, Uп, Uд - объём межвиткового пространства шнека в зонах загрузки, пластификации и дозировки м3;

Uз’, Uп’, Uд’ - объём одного витка в зонах м3; zз, zп, zд - число витков в каждой зоне шт.

Объём витка шнека U’ равен объёму развёрнутой пластины

длиной,

L =(ab2 + (πDср)2)1/2,

шириной,

В = (аb – b)cos α ,

высотой,

H =h,

U’ = LBH = (ab2 + (πDф)2(ab – b)cos α h,

Основные геометрические параметры шнека заменим коэффициентами

k2, k3, k4,

U3’ = (πD3k3(k3-k4)((1-k2)2+(k3/π)2)1/2/(1+(k3/π)2)1/2,